古时候没有望远镜，怎么研究星星？

现代天文学研究离不开天文望远镜，为了更好地洞察宇宙的奥秘，天文学家一直致力于建造位置更高，口径更大，造价更贵的望远镜。不过当我们放眼整个人类天文学史，望远镜存在的历史不过四百余年，在17世纪以前，天文学家研究星星时还没有望远镜可用。人类仰望星空的历史不可谓不漫长，大体可以分为史前天文学、古代天文学、中古天文学、天文学革命、近代天文学以及现代天文学六个历史阶段。

史前天文学

对于文字出现以前的历史阶段，我们可以称为「史前天文学」。在文字出现以前，知识的传播主要依靠口语，实物（如建筑、器物等）为传播的辅助形式。这一时期我们虽然找不到文字证据，但可以通过一些史前遗迹判断此时人们的天文学水平。

1940年的一天，四位青年在法国南部偶然发现了一个神秘洞穴，这个名为「拉斯科」（Grotte de Lascaux）的洞穴内拥有众多壁画与岩石雕刻，年代可追溯至距今1.6~1.9万年以前。在这些史前人类留下的艺术创作中，一幅特别的作品引起了学者的注意。

拉斯科洞窟中的野牛壁画︱archeologie.culture.fr

拉斯科洞窟中有一处如今被称作野牛殿堂（The Hall of the Bulls），保留着形形色色的野牛壁画。当中有一幅壁画从牛角到牛尾的跨度达5.6米，这幅野牛壁画不仅在规模上极其壮观，细节方面也值得称道。在其牛头处的牛眼附近，有集中的黑点群，不远处的牛背上方则有六个黑点。这些黑色斑点群被一些学者认为可能是当时的人们对毕宿五、毕星团以及昴星团的刻画，而整个牛头形象可能就是后来我们熟悉的金牛座的雏形。

2003年，考古人员在位于山西襄汾的陶寺遗址内发现一处大型半圆体夯土建筑，考古学信息显示该建筑始建于陶寺中期（约公元前2100年），毁于陶寺晚期。根据残存建筑的形态判断，建筑最初由13根夯土柱组成，形成了由北至南大致均匀分布的12条狭缝。考古人员还在半圆建筑的圆心附近发掘出了被认为是观测点的多层夯土小圆台，学者们把小圆台与13根夯土柱看作是我国观象台的鼻祖，称其为陶寺观象台。

武家壁等[1]天文考古专家尝试模拟公元前2100年时在陶寺观象台的观测情况，结果显示在夏至日，当太阳在远处山脊露出一半的圆面时，从观测点望去，太阳位于最北侧的狭缝内右部；而在冬至日，当太阳同样露出一半的圆面时，会正好出现在由北至南第11条狭缝的中央。太阳永远不会从最南侧的狭缝升起，该缝在冬至日狭缝以南6度，有学者推测这可能标记了月球在升起时能到达的最南点。

模拟图︱参考文献[1]

可见在史前期，人类已经具备了一定的天文知识，可以辨别天体出没方位，对于夜空中的群星也有了自己的理解。

古代天文学

随着文字出现，人类认识宇宙的步伐逐渐加快，天文学也进入了「古代天文学」时期。在这一阶段的早期，可以重点关注三个古文明对天文学的贡献，它们分别是位于非洲尼罗河流域的古代埃及，位于中亚两河流域的古代美索不达米亚，以及东亚黄河—长江流域的古代中国。三个古文明在天文探索之路上所感兴趣的主题是相似的，大体可以分为三个：其一是星象，其二是历法，其三是星占。

以三个文明对行星的认识为例，古埃及人将五大行星称为「不知疲倦的星星」（stars that know no rest）；古代美索不达米亚人把五大行星连同太阳月亮合称为「毕布」（bibbu），意为「游荡的绵羊」。在古代中国的先秦时期，五大行星的独立称谓已经出现了，如岁星（木星）、镇星/填星（土星）、荧惑（火星）、太白（金星）和辰星（水星）。

在公元前三千纪（公元前30世纪—前21世纪）早期，古代美索不达米亚南部城市乌鲁克（Uruk）曾举行过一种仪式。仪式与当时广受崇拜的女神伊南娜（Inanna）有关。伊南娜既是夜晚之神又是清晨之神。苏美尔人认为她是金星的化身，这也对应了金星有时会在日落后出现成为昏星，有时则在日出前出现成为晨星的天文现象。

只有在掌握金星运动规律的情况下，苏美尔人才有可能推导出所谓的晨星和昏星实际上都是金星。相比之下，欧洲人得出这个结论已经是两千年以后的事情了。

同在美索不达米亚的巴比伦人则在他们的观测记录中提到了行星更具体的视运动状态。巴比伦天文学家对行星的观测可以分为两类。一类是对行星从某颗特定恒星附近经过时的记录，另一类是行星自身运动状态的记录。巴比伦天文学家在持续的观察中注意到所有行星在大部分时间里会自西向东穿过背景恒星，这样的运动为顺行；在小部分时间行星会出现反方向运动——自东向西穿过背景恒星，为逆行。在行星从顺行转为逆行，以及从逆行转为顺行时，还会出现「留」的现象，此时行星和背景恒星相对静止，看上去就像停止了运动。

在古代中国，对于行星的关注还催生了一种利用行星位置标记年份的方式——岁星纪年。在春秋时期人们发现木星大约每12年就会回到原来的星空背景中，遂将木星行经的星空分为12部分，将每一部份分别命名，称为「十二次」，这样就可以通过记录木星所在星次进行纪年。

在古代天文学的中后期，以古希腊天文学为代表的西方天文学传统，以及以古代中国天文学为代表的东方两天文学传统正式成形。

古希腊天文学吸收了古巴比伦天文学与古埃及天文学的精华，又影响了中世纪尤其是阿拉伯的天文学，是承前启后的存在。古希腊天文学肇始于农业与航海的实际需要，经过一代代哲学先贤的发展，其重心从实用的「观象授时」转变为对宇宙本源以及行星运动的思考。这一转变过程中诞生了许多对后世影响巨大的理论与概念。

古代中国的学者们在古代天文学时期也奠定了对后世影响深远的天文学范式。这一时期的古代中国天文学不仅为后世留下了众多宝贵的天象记录，形成有官方背书的天学史料收录传统，还诞生了包罗万象的天文历法，在宇宙论方面也有着自己的独到见解。

来源：中科院物理所

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